为什么美国宇航局要搭乘SpaceX红龙飞船的便车去火星？

4月末公开的红龙火星项目狠狠地抢了中国火星任务的头条，不止因为这是史上首个探测火星的私企，也因为常年被搭车的NASA这次反倒要借助SpaceX来验证技术和投送载荷了。而这起奇妙的搭车之旅究竟是如何凑成的，NASA又是如何看待的，且听分解。...



编辑有话说

4月末公开的2018红龙火星测试项目狠狠地抢了一把中国2020火星任务的头条，不止因为这是史上第一个独立发起火星探测任务的私人企业，也因为常年被搭车的NASA这次反倒要借助SpaceX的飞船来验证自己的技术和投送自己的科学载荷了。而这起奇妙的搭车之旅究竟是如何凑成的，而且NASA对于搭车这件事是如何看待的，且听下面的小文为您分解。来源：SpaceNews，原作者：Jeff Foust，译者：追梦浮士德

4月27日，美国国家航空航天局（NASA）和太空探索技术公司（SpaceX公司）宣布他们已经修改了还未获得拨款的太空协议，这个协议涉及涉及该公司的红龙火星着陆飞船。不出所料，SpaceX又重新吸引了公众的眼球。没有任何一家私营公司曾发射过自己的火星着陆器，甚至连NASA都没有发射过和红龙一样大的火星飞船。（本次任务简要演示详见文末视频）红龙堪称是SpaceX最新的标志，而公司创立者埃隆·马斯克对火星定居的远期目标的追求也是十分认真的。

但是这对NASA来说，有什么好处呢？答案总结起来就是两个英文单词--supersonic retropropulsion，也就是超音速减速推进。这是一种在NASA自己的火星计划中极其关键的着陆技术。（本次任务请关注本号往日新闻：《SpaceX真的要去火星了！——正式联合NASA发射“红龙”火星着陆测试飞船》）在5月16日的一次采访中，NASA太空技术任务理事会项目助理吉姆·路特（Jim Reuter）说：“我们已经有了一些持续的关于进入，下降和着陆（EDL）体系结构的研究。并且他们得出结论，超音速减速推进技术是任何人类火星任务所必须的”。

这是十分必要的。他和其他专家说，因为其他的着陆方式，比如降落伞，安全气囊甚至好奇号火星车登陆火星所使用的天空升降机系统，都大约只能把一吨的载荷投放到火星地表。而相比之下，一个载人的火星着陆器很可能重达几十吨。

超音速减速推进技术提供了一个看似简单的解决方案：在飞船行驶方向启动火箭发动机使飞船减速。然而，当穿过稀薄大气层时，飞船速度比音速要快得多，这就变得很复杂了。在这一阶段，飞船的空气动力学及其稳定性是计算机模拟和小规模风洞试验很难掌握的。但超音速减速推进并不是什么新东西，美国宇航局喷气推进实验室（JPL）火星计划工程经理罗布·曼宁（Rob Manning）指出，上世纪70年代初的海盗计划就曾计划使用了这一着陆方式，后来才决定改用降落伞代替。

当美国宇航局开始研究人类火星登陆技术并且遇到现有技术局限性的时候，宇航局在2000年代中期重新审视了这个概念。5月18日在华盛顿召开的人类火星峰会中，曼宁在小组讨论中指出“我们的确发现，我们不知道我们应该如何登陆（火星）。”

超音速减速推进是一种很有前景的技术，但其测试也非常困难和昂贵。曼宁说“我们必须建立一个完整的体系，使飞船以超音速向后飞行。”

多亏了SpaceX，美国宇航局已经得到了一些超音速减速推进的数据。美国宇航局曾监测猎鹰9号火箭的一级火箭着陆尝试，因为这与火星大气条件下的初始再入点火阶段比较类似。曼宁说“这是我们一直想要的测试，现在有了数据，我们决定摆脱降落伞。”红龙飞船允许全程通过超音速减速反推来登陆火星。曼宁说NASA希望得到更多的信息关于这种方法到底是有多有效，并发现航天器与火星大气摩擦而造成的影响，而这些不能在地面试验研究中获得数据。



这也是美国宇航局的一个协议。宇航局总部商业航天发展总监菲尔（Phil McAlister）说，该机构预计花费3000万美元支持其协议的合作方”。主要是以宇航局的人员支持为形式，从深空通信到行星保护协议，对SpaceX公司提供支持。这个花费相比美国宇航局专门搞一个技术演示项目，要小得多。路特说：“相比如果我们不得不自己做一个独立的任务（来进行验证），成本能减少一个数量级。”路特说：“而且我们现在做的（比独立项目）要快得多。”而这是在假定有专门资金拨给独立任务的前提下。实际上美国宇航局在最近几年已经预见了它在太空技术计划预算方面（的窘境），而预算带来的影响包括火星探测任务。在NASA和SpaceX公司宣布合作协议的当天，路特在两个国家科学院举行的会议上说，因为航天技术经费削减以及国会要求美国宇航局承担卫星维修任务，NASA决定削减另一个火星着陆技术的资金，也就是低密度超音速减速器（LDSD）。（具体过程详见本号往日文章《都是SpaceX惹的祸？NASA大幅度削减火星着陆技术研发经费》）

美国宇航局局长查尔斯·博尔登表示愿意帮助SpaceX公司研究超音速减速推进技术进而节省资金。在5月18日的华盛顿邮报太空旅行版中，他说：“我们不是在投资，但如果我们的商业伙伴正在做这件事，我们就没有必要（再做一次）”。他指出：“我们在讨论降低纳税人的成本”。虽然超音速减速推进是美国航空航天局希望从红龙飞船中得到的关键技术，但该机构希望从该任务中的进入-下降-着陆（EDL）过程中，收集到其他的数据。这些数据也可能用于美国宇航局的其他有效载荷，比如航天器上面的科学仪器。

“我们让SpaceX公司领头，去界定我们有机会（搭载什么样的载荷）”。麦卡利斯特说：“如果他们能够合并整合一个有效载荷，而不是把它分开，他们就会展开讨论，并且我们肯定有兴趣站在美国航空航天局的一方。”

路特说，虽然美国宇航局已审查了红龙飞船的概念并且认为有比较大的成功可能性，但他仍然对SpaceX公司2018年发射红龙飞船表示怀疑。“对于SpaceX公司来说，2018年做到这件事非常困难。”他说：“我认为我们并不奢望任何人能如此快的做到这一点，但我们会拭目以待的。”

美国宇航局已经淡化了一个潜在领域的冲突：事实上，红龙飞船的进一步目标就是实现马斯克曾经说的要在10年之内实现SpaceX公司的载人火星计划。而在美国宇航局的目标里，人类载人登陆火星不会早于2030年代之前。“我们将以一个国家的整体前往火星”。麦卡利斯说：“我们认为，这种合作对我们来说是很重要的，可以让我们更快的到达那里”。

但美国宇航局所想的“我们”可能并不等同于SpaceX设想中的“我们”。

（全文完）

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